Непосредственные преобразователи частоты реферат
Обновлено: 07.07.2024
Непосредственные преобразователи частоты (НПЧ) — преобразователи без промежуточного звена постоянного тока — осуществляют непосредственную связь электрической машины с питающей сетью переменного тока. Формирование кривой выходного напряжения (тока) производится из отрезков кривых напряжения (тока) питающей сети благодаря циклическому подключению с помощью силовых полупроводниковых приборов (тиристоров, симисторов, транзисторов) к нагрузке различных фаз питающей сети на определенные промежутки времени. Поэтому НПЧ получил еще название циклоконвертора.
В основу классификации непосредственных преобразователей частоты положены следующие признаки.
1) Число фаз питающей сети (однофазные, трехфазные).
2) Число фаз обмоток машины (однофазные, двухфазные, трехфазные, многофазные).
3) По первому и второму классификационным признакам различают следующие типы преобразователей: однофазно-трехфазные, трехфазно-однофазные (см. рис.1.1,б,в), трехфазно-двухфазные, трехфазно-трехфазные и т. д. Преобразователи, получающие питание от однофазной сети, имеют большую установленную мощность элементов силовой части, чем преобразователи, работающие от трехфазной сети. Такие НПЧ находят ограниченное применение, например, для управления машинами переменного тока, установленными на подвижном транспорте. Многофазные преобразователи составляются из соответствующих однофазных схем.
4) Характер коммутации силовых элементов (преобразователи с естественной и искусственной коммутацией).
5) Вид построения схем вентильных групп (нулевые (см. рис.1.1,б) и мостовые (рис.1.1,в)).
6) Способ управления анодными и катодными группами (совместные и раздельные).
7) Способ потенциального разделения элементов многофазного (по выходу) преобразователя. По этому признаку различают НПЧ с потенциальным разделением фаз машины, с потенциальным разделением вторичных обмоток сетевого трансформатора и преобразователи без потенциального разделения в цепях нагрузки и питающей сети.
Силовая схема непосредственного преобразователя частоты (НПЧ) и реверсивного выпрямителя идентична. Отличие состоит в способе задания сигналов управления и следования в электромагнитных процессах в самом преобразователе и на выходе этого преобразователя. Отличаются они областью применения. НПЧ для управления режимами работы нагрузок переменного тока, а реверсивный выпрямитель для управления режимами работы нагрузок для постоянного тока.
НПЧ – это устройство, которое преобразует энергию переменного тока с заданными параметрами (амплитуда, фаза, частота) в энергию переменного тока с регулируемыми параметрами. Кроме регулирования амплитуды, фазы и частоты, НПЧ может преобразовывать число фаз, изменять порядок следования фаз. В зависимости от числа фаз в сети и нагрузке различают: однофазные–трёхфазные; трёхфазные–трёхфазные – наиболее часто используемые; трёхфазные–шестифазные; шестифазные–трёхфазные. Возможно любое число фаз на входе и на выходе НПЧ.
1) Свободный обмен энергией между сетью и нагрузкой.
2) Сравнительно не высокий вес и габаритные размеры, стоимость.
Для НПЧ с естественной коммутацией (НПЧЕ):
1) снижение cos и увеличения процента гармонических составляющих в выходном напряжении при увеличении в процессе регулирования напряжения;
Настоящим прорывом в области регулируемого электропривода стало появление силовых преобразователей частоты или как их именуют в профильной среде — частотников. Это открытие кардинально изменило подход в проектировании систем электроприводов. Если относительно недавно при проектировании сложных механизмов, где без точного регулирование параметров (скорость, момент) не обойтись, выбирались двигатели постоянного тока — ДПТ, то с появлением частотников привода переменного тока начали активно вытеснять двигатели постоянного тока из данных систем. Даже в тяговых электроприводах асинхронный двигатель с коротко-замкнутым ротором вытесняет ДПТ последовательного возбуждения.
Классификация преобразователей частоты
Техническое устройство, преобразующее переменное напряжения одной частоты на входе, в изменяющееся по определенному закону переменное напряжение, но уже другой частотой на выходе называется преобразователем частоты (ПЧ). Бывают двух типов:
Непосредственные – это реверсивный тиристорный преобразователь. Главное его достоинство в том, что он подключается напрямую в сеть без дополнительных устройств.
Двухзвенные – представляют собой транзисторный или тиристорный преобразователь. Но главное их отличие от непосредственных преобразователей в том, что для корректной и безопасной работы инвертора необходимо звено постоянного напряжения. Соответственно для подключения их к общепромышленным сетям необходим выпрямитель. Как правило изготавливаются комплектными (инвертор и выпрямитель поставляются вместе и работают от одной системы управления).
Двухзвенные преобразователи частоты
Двухзвенный или как его еще называют со звеном постоянного тока, созданный на базе АИН (автономный инвертор напряжения), содержит в комплекте выпрямитель и фильтр:
ЭМ – электрическая машина, АИН – автономный инвертор напряжения, Lф, Сф – индуктивности и емкости фильтра, fнз – задание частоты выхода инвертора, udз – задание выходного напряжения для выпрямителя, если используются управляемые выпрямители, СУВ, СУИ – системы управления выпрямителем и инвертором соответственно, uнз – задание выходного напряжения инвертора, В – выпрямитель. Пунктиром показаны связи, которые включаются в систему в зависимости от типа устройства.
Для улучшения качества энергии в звене постоянного напряжения и сглаживании пульсаций напряжения и тока используют L-C фильтр. Зачастую он имеют Г – образную схему включения, как показано выше. Также иногда используют фазовый сдвиг в цепи переменного напряжения путем включения обмоток трансформатора в треугольник и звезду:
Данная схема более дорогостоящая и может применяться только при использовании индивидуального трансформатора.
В данной системе выпрямитель может быть управляем или не управляем. Если он управляем, то функция регулирования напряжения ложится на него, если нет, то на АИН. Для рекуперации энергии в сеть выпрямитель должен быть полностью управляем и реверсивен (двухкомплектный). Управление частотным преобразователем производится импульсным методом. Самые распространенные методы это ШИР (широтно-импульсное регулирование) и ШИМ (широтно-импульсная модуляция).
Еще более широкое применение получили автономные инверторы тока (АИТ):
АИТ – автономный инвертор тока, СУИ, СУВ – системы управления преобразователями, УВ – управляемый выпрямитель, Lф – индуктивность фильтра, fнз – задание частоты выходного тока, іdз – задание выходного тока в звене постоянного тока.
В отличии от АИН, где регулируемой выходной величиной является напряжение, в АИТ регулируемой величиной является ток. Немаловажную роль в формировании выходного сигнала заданной частоты является частота коммутации транзисторов или тиристоров. Чем выше частота коммутации, тем лучше качество синусоиды на выходе частотника, но возрастают потери в преобразователе. Ниже приведен результат моделирования работы АИТ (на IGBT транзисторах) на активно-индуктивную нагрузку при различных частотах коммутации:
Частота коммутации 800 Гц Частота коммутации 2000 Гц
Частота коммутации 8000 Гц
Как видно из графиков уменьшение частоты коммутации очень плохо влияет на выходное качество тока. Поэтому для каждого устройства необходимо подбирать частоту коммутации частотника соответственно качеству выходного напряжения или тока. Для оптимизации данных процессов на выходе преобразователя частоты иногда ставят L-C фильтр, для сглаживания пульсаций токов и напряжений:
Как видим из схемы — последовательно подключают индуктивность, для сглаживания пульсаций тока, и параллельно емкость, для сглаживания пульсаций напряжения.
Также работа частотника генерирует высшие гармоники в питающей сети:
Ток двух фаз питающего напряжения
Для уменьшения влияния высших гармоник на сеть используют фильтро-компенсирующие устройства (ФКУ)
Ниже показаны принципиальные схемы преобразователей частоты.
Автономный инвертор напряжения с управляемым выпрямителем
Тиристоры VS1-VS6 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения Rб. При увеличении напряжения на емкости Сф выше заданного, транзистор VT7 открывается и вводится в работу тормозной резистор Rб, на котором рассеивается энергия переданная от электрической машины. При глубоком регулировании VD0 повышает коэффициент мощности выпрямителя.
Данный ПЧ не может рекуперировать энергию в сеть, а также насыщает выходное напряжение высшими гармониками и усложняет систему управления из-за необходимости управления УВ. При исполнении УВ двухкомплектным, рекуперирует энергию в сеть, но усложняет систему и делает ее более дорогостоящей. В настоящее время является устаревшим.
Автономный инвертор напряжения с неуправляемым выпрямителем
Диоды VD7-VD12 выполняют роль выпрямителя. Транзисторы VT1-VT6 преобразуют постоянное напряжение в переменное заданной частоты. Диоды VD1-VD6 защищают транзисторы от перенапряжений, а также играет роль обратного выпрямителя при торможении машины. Транзистор VT7 выполняет роль ключа для резистора торможения Rб. За счет использования ШИМ происходит регулирование амплитуды выходного напряжения и его частоты.
При использовании неуправляемого выпрямителя для торможения двигателя АИН переводится в режим управляемого выпрямителя, работающего таким образом, что напряжение на емкости Сф выше заданного, несмотря на уменьшение скорости вращения двигателя. При увеличении напряжения на емкости Сф открывается транзистор VT7 и энергия выделяемая электродвигателем гасится на тормозном резисторе.
Данный способ торможения получил названия инверторного торможения, хотя инвертирования на самом деле нет. Это связано с тем, что термин динамическое торможение для систем с асинхронным двигателем занят, под ним понимается пропускания постоянного тока через обмотки двигателя.
Главным недостатком такой системы есть отсутствие возможности рекуперировать энергию в сеть, но она получила широкое применение для систем, где не требуется частое торможение.
Рекуперирующий двухзвенный преобразователь частоты на основе обратимого преобразователя напряжения
ОПН – обратимый преобразователь напряжения. В данной схеме имеется два ОПН. ОПН1 работает в выпрямительном режиме и передает энергию через ОПН2, работающий в инверторном режиме, к двигателю. При торможении ОПН2, подключенный к двигателю переходит в выпрямительный режим, а ОПН1, подключенный к сети, в инверторный режим. При этом происходит рекуперация энергии в сеть. Если задать схеме управления на входе cosφ = ± 1, то во всех режимах при регулировании и торможении двигателя из сети будет потребляться или в сеть будет отдаваться практически только активная мощность, а ток будет практически синусоидален, что определяет минимальное вредное влияние на питающую сеть. Эти преобразователи на сегодняшний день являются самыми близким к идеальным.
Ниже приведена функциональная схема данного устройства:
Преимущества двухзвенного рекуперирующего ПЧ: независимость выходной частоты от входной, возможность получения высокого коэффициента мощности на стороне сети. К недостаткам можно отнести: высокая стоимость, сложность системы управления.
Рекуперирующие двухзвенный преобразователь частоты на основе инверторов тока
Автономный инвертор тока, преобразовывает постоянный ток, подаваемый на его вход, в пропорциональный по величине переменный ток. Режим источника тока на входе обеспечивается за счет большой индуктивности L и применения токостабилизирующей обратной связи, поддерживающей заданное значение тока Idз. АИТ выполнен по схеме с отсекающими диодами. Рекуперация энергии при торможении в АИТ возможна при сохранении направления тока за счет сдвига токов и напряжений, т.е. переводом АИТ в режим выпрямления за счет сдвига управляющих импульсов относительно фазных ЭДС электрической машины.
Энергия, передаваемая от электрической машины на сторону постоянного напряжения, должна быть далее передана в сеть переменного напряжения. Для этого управляемый выпрямитель на входе ПЧ должен быть переведен в инверторный режим. При этом сохраняется направление тока и не требуется установка дополнительного комплекта вентилей. Схема применяется в двигателях достаточно большой мощности. Недостатками схемы являются ее не очень хорошие характеристики, поэтому она не является перспективной.
Появление запираемых тиристоров позволило улучшить характеристики ДПЧ на основе АИТ.
Формирование выходного тока осуществляется совместно управляемым выпрямителем и автономным инвертором тока.
Показана временная диаграмма, отражающая моменты включенного и выключенного состояний тиристора V1. На участке соответствующим зоне 2, ключ V1 включен постоянно, и ток сглаживающего дросселя непрерывно поступает в фазу А двигателя. Для формирования тока в зонах 1 и 3 необходимо соответствующим образом переключать тиристоры. Для обеспечения нарастания и спадания тока (зоны 1 и 3) обычно используется два метода – трапецеидальный и метод выборочного исключения гармоник.
При использовании первого метода моменты коммутации ключей АИТ определяются по пересечению линейно нарастающего сигнала и опорного сигнала пилообразной формы следующего с несущей частотой, при втором методе моменты коммутации ключей рассчитываются заранее исходя из условия подавления высших гармоник определенного порядка (5 и 7 и т.д.). В этой схеме улучшается синусоидальность тока, протекающего по фазам двигателя. Но сохраняются все недостатки, возникающие при питании от сети управляемых выпрямителей напряжения. Преобразователи частоты на основе инверторов тока наиболее применимы в электроприводе синхронных машин, где на выходе вместо автономного инвертора тока включается инвертор тока, ведомый электрической машиной.
Таким образом, на входе и на выходе ПЧ включаются однокомплектные рекуперирующие преобразователи (ОРП) на тиристорах. При этом ведомый инвертор полностью аналогичен выпрямителю, подключенному к сети. Коммутация вентилей ведомого инвертора осуществляется за счет ЭДС электрической машины.При низкой скорости вращения электрической машины эта ЭДС недостаточна для коммутации вентилей. Поэтому при пуске коммутация осуществляется путем прерывания тока в цепи постоянного тока включением и запиранием выпрямителя.
Непосредственные преобразователи частоты
При использовании НПЧ напряжение из сети подается через управляемые вентили на двигатель. В каждой фазе НПЧ установлен реверсивный двухкомплектный преобразователь с совместным или раздельным управлением силовыми комплектами.
На рис. 1а приведена схема трехфазно-однофазного НПЧ на основе трехфазных нулевых схем. Он преобразует трехфазное напряжение в однофазное, но с регулируемой частотой.Комплекты В и Н переключаются, и на выходе получается двуполярное напряжение. Для управления преобразователями используют определенные законы управления — прямоугольный и синусоидальный. Если используют прямоугольный принцип управления, то алгоритм работы будет таков: при прохождении одной полуволны напряжения, на один из комплектов подаются управляющие импульсы с углом управления (углом задержки) a = const. Этот комплект будет работать в режиме выпрямителя, а затем с углом управления (углом опережения) b = a. Чтоб снизить ток необходимо перейти в инверторный режим (рис. 1 б). Для избежания короткого замыкания в самом инверторе необходимо чтоб ток снизился до нуля – это называется бестоковой паузой. После осуществления бестоковой паузы в работу включается второй комплект.
Если используют синусоидальное управление, то гладкая составляющая выходного напряжения должна изменятся по синусоидальному закону, для этого угол управления a непрерывно меняется (рис. 1 в).
Схема трехфазно-трехфазного НПЧ, выполненного на основе трехфазных мостовых схем. Ниже приведена схема.
Данный тип преобразователей не получил широкого применения из-за ряда недостатков при его применении. А это: невозможность полного регулирования выходной частоты (при использовании трехфазных мостовых схем диапазон регулирования 25-45 Гц, а при нулевых 15-45 Гц). Постоянная коммутация вентилей, что приводит к ухудшению коэффициента мощности, а также плохое качество выходного напряжения и большое влияние на питающую сеть.
Преимуществом можно признать то, что у таких преобразователей более высокий КПД, из-за однократного преобразования энергии.
Наиболее распространены преобразователи частоты на базе АИТ и АИН на IGBT транзисторах, в силу лучших показателей качества энергии на выходе преобразователя и их влияния на сеть.
Схема преобразователя с непосредственной связью представлена на рисунке 9.1. По этой схеме напряжение трехфазной сети и с неизменной частотой f1 преобразуется в напряжение однофазной сети с переменной частотой f2,т. е. изменяется не только частота, но и число фаз.
Рисунок 9.1 – Непосредственный преобразователь частоты
От трехфазной сети можно получить однофазный ток переменной частоты, и, наоборот, от однофазной сети – трехфазный ток. Обычно преобразователи частоты питаются от трехфазной сети, при этом улучшается форма кривой вторичного напряжения.
Преобразователь с непосредственной связью представляет собой управляемый выпрямитель, имеющий два комплекта тиристоров. Выходное напряжение формируется за счет последовательной коммутации тиристоров, присоединенных к различным фазам первичной сети. Положительная полуволна формируется за счет тиристоров группы К(катодная группа), а отрицательная – за счет тиристоров группы А(анодная группа). Форма вторичного напряжения представлена на рисунке 9. 2.
Рисунок 9.2 – Формирование выходного напряжения НПЧ
Как и в реверсивных преобразователях постоянного тока, управление тиристорами катодной и анодной группы может быть совместным и раздельным. При совместном управлении для ограничения уравнительных токов необходимы реакторы, которые усложняют установку. Поэтому обычно используется раздельное управление, и при переключении с одной группы тиристоров на другую вводится небольшая (примерно 0,1 мс) бестоковая пауза. Для регулирования напряжения используются те же тиристоры. При увеличении угла регулирования соответствующий тиристор включается несколько позже, и среднее напряжение снижается. Изменением углов регулирования последовательно включаемых тиристоров может быть обеспечено и формирование кривой напряжения, в большей степени приближающейся к синусоидальной.
Схема для преобразования трехфазного напряжения сети в трехфазное переменной частоты представлена на рисунке 9. 3. Как видно, существенный недостаток НПЧ – большое число тиристоров (в данном случае 18).
Сформированная кривая напряжения представлена на рисунке 9.3. При активно-индуктивной нагрузке, и в частности, при питании электродвигателя, в некотором интервале (при изменении знака напряжения) тиристоры переводятся в инверторный режим.
Регулирование частоты в системах с НПЧ может осуществляться только в зоне низких частот. Поскольку кривая вторичного напряжения формируется из отрезков синусоид первичного напряжения, то максимальная частота не может быть поднята выше уровня, равного половине частоты питающей сети. При питании преобразователя от сети 50 Гц частота может регулироваться только в зоне от 20 Гц до 0.
Рисунок 9.3 – Схема НПЧ для преобразования трехфазного напряжения
сети в трехфазное переменной частоты
Рисунок 9.4 – Напряжение на входе и выходе НПЧ
9.2. Преобразователи частоты со звеном постоянного тока.
Более широкий диапазон регулирования частоты и соответственно частоты вращения двигателя обеспечивают преобразователем со звеном постоянного тока, структурная схема которого представлены на рисунке 9.5 и 9.6. Схема содержит два независимых канала управления по частоте и напряжению. Вместо управляемого выпрямителя может использоваться широтно-импульсный преобразователь. Выходное напряжение может также регулироваться за счет изменения угла управления тиристорами в инверторе. В этом случае существенно усложняется схема управления, однако отпадает необходимость в управляемом выпрямителе, вместо которого может быть включен неуправляемый выпрямитель с постоянным напряжением.
Автономный инвертор обычно представляет собой инвертор напряжения. В инверторах для установок средней и большой мощности используются как тиристоры, так и транзисторы.
Так как функционирование инвертора на транзисторах проще, то рассмотрим сначала этот тип инвертора. Схема его в однофазном исполнении представлена на рисунке 11.7.
Рисунок 9.5 – Преобразователь частоты со звеном постоянного тока:
РН, РЧ – регуляторы напряжения и частоты;
УВ – управляемый выпрямитель; Ф – фильтр; И – инвертор
По команде от задающего устройства транзисторные ключи VT1, VT4 и VT2, VT3 попарно поочередно включаются. При этом на выходе преобразователя получаем напряжение прямоугольной формы. При индуктивной нагрузке форма кривой тока имеет вид, представленный на рисунке 9.7. Для пропуска запасенной электромагнитной энергии после отключения соответствующего тиристора в схеме используются диоды VD1-VD4. Кривые токов, протекающих через них, показаны на том же рисунке 9.7.
Рисунок 9.7 – Однофазный инвертор на транзисторах
Рисунок 9.8 –Ток на выходе инвертора
Кривая выходного напряжения, естественно, имеет искаженный вид, существенно отличающийся от синусоиды. Однако гармонический состав напряжения в преобразователе со звеном постоянного тока значительно лучше, чем в НПЧ. Для формирования трехфазного напряжения, естественно, необходимо иметь три однофазных инвертора.
На рисунке 9.9 представлена структурная схема преобразователя частоты со звеном повышенной частоты. Управляемый инвертор обеспечивает высокую частоту напряжения. При применении трансформатора для повышения напряжения высокая частота позволяет уменьшить массогабаритные размеры трансформатора.
Анализ сведений о частотно-регулируемом электроприводе. Характеристика недостатков асинхронных электродвигателей. Рассмотрение структуры частотного преобразователя. Статические преобразователи как совершенные устройства управления асинхронным приводом.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 19.04.2014 |
| Размер файла | 510,9 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
В настоящее время у большинства специалистов, эксплуатирующих насосное оборудование, уже сложилось четкое представление о возможностях использования преобразователей частоты для привода насосов и насосных агрегатов. Понимание этого вопроса обусловлено интенсивным внедрением частотно-регулируемого привода за последние годы и накопленным опытом его эффективного использования.
Для всех видов перекачиваемой жидкости преобразователи частоты обеспечивают более экономичное, более эффективное и более надежное регулирование, чем известные механические способы. Независимо от области использования (добыча и транспорт нефти, электроэнергетика, жилищно-коммунальное хозяйство и т.д.) эффект от частотного регулирования насосов общеизвестен:
- экономия электроэнергии до 30 - 60 %;
- снижение утечек жидкостей до 5 %;
- экономия тепловой энергии до 10 %;
- увеличение срока службы оборудования в 1.5-2 раза;
- уменьшение вероятности возникновения разрывов трубопроводов;
- повышение эффективности защиты электропривода;
- улучшение экологической обстановки.
1.Основные сведения о частотно-регулируемом электроприводе
Частотный преобразователь в комплекте с асинхронным электродвигателем позволяет заменить электропривод постоянного тока. Системы регулирования скорости двигателя постоянного тока достаточно просты, но слабым местом такого электропривода является электродвигатель. Он дорог и ненадежен. При работе происходит искрение щеток, под воздействием электроэрозии изнашивается коллектор. Такой электродвигатель не может использоваться в запыленной и взрывоопасной среде.
Асинхронные электродвигатели превосходят двигатели постоянного тока по многим параметрам: они просты по устройству и надежны, так как не имеют подвижных контактов. Они имеют меньшие по сравнению с двигателями постоянного тока размеры, массу и стоимость при той же мощности. Асинхронные двигатели просты в изготовлении и эксплуатации.
Основной недостаток асинхронных электродвигателей - сложность регулирования их скорости традиционными методами (изменением питающего напряжения, введением дополнительных сопротивлений в цепь обмоток).
Управление асинхронным электродвигателем в частотном режиме до недавнего времени было большой проблемой, хотя теория частотного регулирования была разработана еще в тридцатых годах. Развитие частотно-регулируемого электропривода сдерживалось высокой стоимостью преобразователей частоты. Появление силовых схем с IGBT-транзисторами, разработка высокопроизводительных микропроцессорных схем управления позволили различным фирмам Европы, США и Японии создать современные преобразователи частоты доступной стоимости.
Известно, что регулирование частоты вращения исполнительных механизмов можно осуществлять при помощи различных устройств: механических вариаторов, гидравлических муфт, дополнительно вводимыми в статор или ротор резисторами, электромеханическими преобразователями частоты, статическими преобразователями частоты. Применение первых четырех устройств не обеспечивает высокого качества регулирования скорости, неэкономично, требует больших затрат при монтаже и эксплуатации.
Статические преобразователи частоты являются наиболее совершенными устройствами управления асинхронным приводом в настоящее время.
Принцип частотного метода регулирования скорости асинхронного двигателя заключается в том, что, изменяя частоту f1 питающего напряжения, можно в соответствии с выражением
при неизменном числе пар полюсов p изменять угловую скорость магнитного поля статора.
Этот способ обеспечивает плавное регулирование скорости в широком диапазоне, а механические характеристики обладают высокой жесткостью. Регулирование скорости при этом не сопровождается увеличением скольжения асинхронного двигателя, поэтому потери мощности при регулировании невелики. Для получения высоких энергетических показателей асинхронного двигателя - коэффициентов мощности, полезного действия, перегрузочной способности - необходимо одновременно с частотой изменять и подводимое напряжение.
Закон изменения напряжения зависит от характера момента нагрузки Mс. При постоянном моменте нагрузки (Mс=const) напряжение на статоре должно регулироваться пропорционально частоте:
Для вентиляторного характера момента нагрузки это состояние имеет вид:
При моменте нагрузки, обратно пропорциональном скорости:
Таким образом, для плавного бесступенчатого регулирования частоты вращения вала асинхронного электродвигателя, преобразователь частоты должен обеспечивать одновременное регулирование частоты и напряжения на статоре асинхронного двигателя.
Методы управления электропривода
Для решения задач регулирования скорости и момента в современном электроприводе применяют два основных метода частотного управления:
Асинхронный электропривод со скалярным управлением является на сегодняшний день наиболее распространенным. Он применяется в составе приводов насосов, вентиляторов, компрессоров и других механизмов, для которых важно поддерживать либо скорость вращения вала двигателя (при этом используется датчик скорости), либо технологический параметр (например, давление в трубопроводе, при этом используется соответствующий датчик).
Основной принцип скалярного управления - изменение частоты и амплитуды питающего напряжения по закону U/fn = const, где n ?1. Конкретный вид зависимости определяется требованиями, предъявляемыми к электроприводу нагрузкой. Обычно за независимое воздействие принимается частота, а значение напряжения при данной частоте определяет вид механической характеристики, значения пускового и критического моментов. Скалярное управление обеспечивает постоянство перегрузочной способности электропривода не зависимо от частоты напряжения, однако имеет место снижение развиваемого двигателем момента при низких частотах (при f
Преобразованием частоты называется процесс преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. Силовые электронные преобразователи частоты весьма разнообразны. В этом параграфе рассматриваются только прямые преобразователи частоты на тиристорах с естественной коммутацией. Прямые преобразователи частоты, т. е. с однократным преобразованием электроэнергии, называются… Читать ещё >
Прямые преобразователи частоты ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )
Преобразованием частоты называется процесс преобразования переменного тока одной частоты в переменный ток другой частоты. Силовые электронные преобразователи частоты весьма разнообразны [4]. В этом параграфе рассматриваются только прямые преобразователи частоты на тиристорах с естественной коммутацией. Прямые преобразователи частоты, т. е. с однократным преобразованием электроэнергии, называются также преобразователями с непосредственной связью или циклоконвертерами.
Число фаз входного и выходного напряжений в преобразователях с непосредственной связью является весьма существенным признаком их классификации, так как оно в значительной мере определяет структуру построения схемы преобразователя. Следует отметить, что многофазные преобразователи этого класса обладают удовлетворительными технико-экономическими характеристиками и получили большое распространение.
Рассмотрим принцип работы преобразователя частоты с непосредственной связью и естественной коммутацией на примере трехфазно-однофазной схемы (рис. 3.20, а). В схеме преобразователя можно выделить две группы тиристоров: группу I — катодную (VSl, VS2, VS3) и II — анодную (VS4, VS5, VS6). Допустим, что нагрузка za — активная. Управляющие импульсы в процессе работы поступают на тиристоры анодной и катодной групп поочередно. Когда управляющие импульсы iyl —iy3, синхронизированные, но частоте с напряжением питающей сети, подаются последовательно на тиристоры VS 1, VS2, VS3 катодной группы, она работает в режиме выпрямления (по трехфазной схеме со средней точкой), формируя на нагрузке положительную полуволну напряжения относительно нулевого вывода трансформатора (рис. 3.20,6). Управляющие импульсы поступают на тиристоры со сдвигом относительно нулевых значений линейных напряжений питающей сети на угол а. При работе тиристоров KS4, KS5, VS6 анодной.
Рис. 3.20. Преобразователь частоты с непосредственной связью:
а — трехфазно-однофазная схема; б — диаграммы выходного напряжения и сигналов управления тиристорами группы на нагрузке относительно нулевого вывода трансформатора формируется отрицательная полуволна напряжения. В результате цикличной работы групп I и II на нагрузке создается переменное напряжение с частотой основной гармоники /2 более низкой, чем частота питающей сети /,.
Частота /9 определяется временем, в течение которого проводят ток тиристоры каждой группы. Изменением угла, а можно регулировать выходное напряжение. Для исключения постоянной составляющей в напряжении на нагрузке время работы анодной и катодной групп должно быть равным. На рис. 3.20,6 представлена диаграмма выходного напряжения при активной нагрузке. Видно, что тиристоры катодной группы вступают в работу только после снижения до нуля полуволны напряжения, формируемой анодной группой, и наоборот. Это объясняется тем, что тиристор находится во включенном состоянии до тех пор, пока ток, протекающий через него (в рассматриваемом случае ток совпадает по фазе с напряжением), не спадет до нуля.
В трехфазно-однофазной схеме тиристоры каждой группы коммутируют между собой (внутригрупповая коммутация) через интервал времени, равный к/3. Поэтому без учета интервала коммутации можно записать следующее выражение для длительности одной полуволны выходного напряжения:
В общем случае при числе фаз питающей сети, равном ту связь частот выходного и входного напряжений выражается соотношением.
где/j и /2 — частоты входного и выходного (основной гармоники) напряжений.
Из соотношения (3.49) видно, что частота выходного напряжения /2 может принимать только ряд значений при изменении числа п (п= 1,2, 3,…). Например, при числе фаз питающей сети т = 3 и частоте /, = 50 Гц частота /2 может принимать значения 30; 23,5; 16 2/3 Гц и т. д. Для обеспечения плавного изменения частоты необходима пауза Показать весь текст Стоимость уникальной работы
Читайте также: